Equation et calage des ouvrages (vannes et seuils)
Nous fournissons ci-dessous les codes de 2 fonctions MatLab .m (Qouvrage.m et calage_f.m) et d’un fichier script .m (calage_r.m) utiles pour caler un coefficient de débit à partir de mesures en utilisant les équations d’ouvrages programmées dans SIC.
Modélisation des ouvrages (vannes et seuils) (code à copier dans un fichier Qouvrage.m)
function [Q,C,w] = Qouvrage(T,h1,h2,w,hv,L,Cd)
% T=1 : Seuil Orifice avec surverse éventuelle (SIC)
% 2 : Seuil Vanne avec surverse éventuelle (SIC)
% 3 : Classique Seuil
% 4 : Classique Orifice
% 5 : Classique Noyee
% 6 : Cunge avec differentes conditions d'ecoulement
% h1 : cote amont (par rapport au radier)
% h2 : cote aval (par rapport au radier)
% w : ouverture (par rapport au radier)
% hv : hauteur de la vanne (pour le calcul de la surverse éventuelle)
% L : largeur
% Cd : coefficient de debit
% Q : debit
% C : code couleur correspondant aux conditions d'ecoulement
% C=0; debit nul
% C=1; surface libre denoye
% C=2; surface libre noye
% C=3; charge denoye
% C=4; charge noye partiel
% C=5; charge noye total
% C=C+10; si surverse
% Initialisation ---------------------------------------------
R2G = sqrt(2*9.81);
R32 = 3*sqrt(3)/2;
% Tests ------------------------------------------------------
Q=0;
C=0;
if (w==0 & hv==0)
Q=0;
return
end
if (h2>h1)
Q=0;
return
end
if (h1==0)
Q=0;
return
end
% Seuil - Orifice ===========================================
if (T==1 & w>0)
% Conditions d'ecoulement ------------------------------------
if (h1<=w)
surfacelibre='oui';
else
surfacelibre='non';
end
alfa=2/3;
if (h2<=alfa*h1)
denoye='oui';
else
denoye='non';
if (h2<=2/3*h1+w/3)
partiel='oui';
else
partiel='non';
end
end
% Seuil - Denoye ---------------------------------------------
if (surfacelibre=='oui') & (denoye=='oui')
Q=Cd*L*R2G*(h1^1.5);
C=1;
end
% Seuil - Noye -----------------------------------------------
if (surfacelibre=='oui') & (denoye=='non')
Cs=R32*Cd;
Q=Cs*L*R2G*((h1-h2)^0.5)*h2;
C=2;
end
% Orifice - Denoye -------------------------------------------
if (surfacelibre=='non') & (denoye=='oui')
Q=Cd*L*R2G*(h1^1.5-(h1-w)^1.5);
C=3;
end
% Orifice - Noye ---------------------------------------------
if (surfacelibre=='non') & (denoye=='non')
% Ennoyement partiel ---------------------------------
if (partiel=='oui')
Q=Cd*L*R2G*(R32*h2*(h1-h2)^0.5-(h1-w)^1.5);
C=4;
% Ennoyement total -----------------------------------
else
Cs=R32*Cd;
Q=Cs*L*R2G*((h1-h2)^0.5)*w;
C=5;
end
end
end
% Seuil - Vanne =============================================
if (T==2 & w>0)
% Calcul de parametres ---------------------------------------
mu0=2/3*Cd;
% Conditions d'ecoulement ------------------------------------
if (h1<=w)
surfacelibre='oui';
muf=mu0-0.08;
alfa=0.75;
else
surfacelibre='non';
mu =mu0-0.08/(h1/w);
mu1=mu0-0.08/(h1/w-1);
alfa=1-0.14*h2/w;
if (alfa<0.4)
alfa=0.4;
end
if (alfa>0.75)
alfa=0.75;
end
end
if (h2<=alfa*h1)
denoye='oui';
else
denoye='non';
x=sqrt(1-h2/h1);
beta=-2*alfa+2.6;
if (x>0.2)
KF=1-(1-x/sqrt(1-alfa))^beta;
else
KF=5*x*(1-(1-0.2/sqrt(1-alfa))^beta);
end
alfa1=1-0.14*(h2-w)/w;
if (alfa1<0.4)
alfa1=0.4;
end
if (alfa1>0.75)
alfa1=0.75;
end
if (h2<=alfa1*h1+(1-alfa1)*w)
partiel='oui';
else
partiel='non';
end
end
% Seuil - Denoye ---------------------------------------------
if (surfacelibre=='oui') & (denoye=='oui')
Q=muf*L*R2G*(h1^1.5);
C=1;
end
% Seuil - Noye -----------------------------------------------
if (surfacelibre=='oui') & (denoye=='non')
Q=KF*muf*L*R2G*(h1^1.5);
C=2;
end
% Vanne - Denoye ---------------------------------------------
if (surfacelibre=='non') & (denoye=='oui')
Q=L*R2G*(mu*h1^1.5-mu1*(h1-w)^1.5);
C=3;
end
% Vanne - Noye -----------------------------------------------
if (surfacelibre=='non') & (denoye=='non')
x1=sqrt(1-(h2-w)/(h1-w));
beta1=-2*alfa1+2.6;
if (x1>0.2)
KF1=1-(1-x1/sqrt(1-alfa1))^beta1;
else
KF1=5*x1*(1-(1-0.2/sqrt(1-alfa1))^beta1);
end
% Ennoyement partiel ---------------------------------
if (partiel=='oui')
Q=L*R2G*(KF*mu*(h1^1.5)-mu1*(h1-w)^1.5);
C=4;
% Ennoyement total -----------------------------------
else
Q=L*R2G*(KF*mu*(h1^1.5)-KF1*mu1*(h1-w)^1.5);
C=5;
end
end
end
% Surverse dans cas 1 et 2 ===================================
if hv==0
hv=inf;
end;
if (T==1) | (T==2)
if (h1>w+hv)
surverse='oui';
alfa=2/3;
if (h2-w-hv<=alfa*(h1-w-hv))
denoyesurverse='oui';
else
denoyesurverse='non';
end
else
surverse='non';
end
% Surverse - Denoye -------------------------------------------
if (surverse=='oui')
if (denoyesurverse=='oui')
Q=Q+0.4*L*R2G*(h1-w-hv)^1.5;
C=C+10;
else
Q=Q+1.04*L*R2G*((h1-h2)^0.5)*(h2-w-hv);
C=C+10;
end
end
end
% Classique - Seuil ==========================================
if (T==3)
Q=Cd*L*R2G*h1^1.5;
C=1;
end
% Classique - Orifice ========================================
if (T==4)
if (h1>w)
Q=Cd*w*L*R2G*(h1-w/2)^0.5;
C=3;
else
Q=0;
C=0;
end
end
% Classique - Noyee ==========================================
if (T==5)
if (h1>h2)
Q=Cd*w*L*R2G*(h1-h2)^0.5;
C=5;
else
Q=0;
C=0;
end
end
% Classique Cunge ===========================================
if (T==6)
% Conditions d'ecoulement ------------------------------------
if (h2<=2/3*h1)
denoye='oui';
if (w<=2/3*h1)
surfacelibre='non';
Q=Cd*L*R2G*w*((h1-w)^0.5);
C=3;
else
surfacelibre='oui';
Q=Cd*L*R2G/R32*h1^1.5;
C=1;
end
else
denoye='non';
if (w<=h2)
surfacelibre='non';
Q=Cd*L*R2G*w*((h1-h2)^0.5);
C=5;
else
surfacelibre='oui';
Q=Cd*L*R2G*h2*((h1-h2)^0.5);
C=2;
end
end
endFonction intermédiaire utilisée pour le calage (code à copier dans un f.m)
function Q = f(Cd)
% fonction utilisee pour le calage dans calage\_r.m
% T=1 : Seuil Orifice (SIC)
% 2 : Seuil Vanne (SIC)
% 3 : Classique Seuil
% 4 : Classique Orifice
% 5 : Classique Noyee
% h1 : cote amont (par rapport au radier)
% h2 : cote aval (par rapport au radier)
% w : ouverture
% hv : hauteur de la vanne (pour le calcul de la surverse éventuelle)
% L : largeur
% Cd : coefficient de debit
% Q : debit calcule par Qouvrage
% Qm : debit mesure pour le calage
% C : code de couleur correspondant aux conditions d'ecoulement
% Initialisation
T = 2;
hr = 41.95
h1 = 43.28 - hr;
h2 = 42.77 - hr;
hv = 0;
w = 0.66;
L = 1.39;
Qm = 1.909;
% Calcul
[Q,C,w] = Qouvrage(T,h1,h2,w,hv,L,Cd);
Q = Q - Qm;Calage du coefficient de débit (code à copier dans un fichier calage_r.m)
% Fichier .M utilisé pour caler Cd
% fzero est une fonction MatLab qui trouve le zéro
% d'une fonction proche d'une valeur donnée
Cd = fzero('calage_f',0.5)Une fois que ces codes ont été copiés dans les fichiers .m comme indiqué ci-dessus, il suffit d’exécuter le fichier script .m (calage_r.m) pour calculer le coefficient de débit Cd à partir de mesures h1, h2, Qm et de la description de l’ouvrage (hr, hv, w, L) en utilisant les équations d’ouvrages programmées dans SIC (divers choix sont proposés).